Thông tin khoa học công nghệ<br />
<br />
MỘT SỐ GIẢI PHÁP PHỤC HỒI VÀ NÂNG CẤP HỆ THỐNG<br />
ĐỘNG LỰC CHO ROBOT GRIZZLY-1<br />
Sái Ngọc Dũng1*, Phan Huy Anh2<br />
Tóm tắt: Robot Grizzly-1 là Robot chuyên dụng xử lý vật liệu nổ do Mỹ sản xuất<br />
được trang bị tại Binh chủng Công binh để phục vụ cho công tác huấn luyện, sẵn<br />
sàng diễn tập và triển khai hoạt động thực tế. Đây là một thiết bị chuyên dụng, đắt<br />
tiền nên khả năng mua sắm mới là rất khó khăn và tốn kém. Robot Grizzly-1 được<br />
đưa vào sử dụng trong nhiều năm, đã được sửa chữa, phục hồi chức năng nhiều lần<br />
nhưng cho đến nay không còn đảm bảo được các tính năng kỹ thuật. Trước tính<br />
hình đó, nhóm tác giả đã đưa ra đề xuất ứng dụng các công nghệ mới để nâng cấp,<br />
khôi phục đồng thời hiện đại hóa các chức năng hoạt động của Robot Grizzly-1.Kết<br />
quả sau khi khôi phục, nâng cấp Robot Grizzly-1 đã đảm bảo được các tính năng kỹ<br />
thuật và đạt được hiệu suất hoạt động trên 90% so với khi mới đưa vào hoạt động.<br />
Từ khóa: Robot; Grizzly-1; Động lực.<br />
<br />
1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br />
Nhiệm vụ xử lý vật nổ và phòng chống khủng bố của lực lượng Công binh là một trong<br />
những nhiệm vụ đặc biệt quan trọng, có ý nghĩa chính trị sâu sắc; cán bộ, chiến sỹ tham<br />
gia phải đối mặt trực tiếp với sự nguy hiểm, căng thẳng, phức tạp; kết quả hoàn thành<br />
nhiệm vụ ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn, an sinh của xã hội, tính mạng của nhân dân.<br />
Góp phần tạo nên sự thành công của các sự kiện chính trị, ngoại giao, văn hóa, xã hội của<br />
Đảng, Nhà nước, Quân đội. Binh chủng Công binh là đơn vị duy nhất được biên chế Robot<br />
Grizzly-1 để phục vụ cho công tác huấn luyện, sẵn sàng diễn tập và triển khai thực hiện<br />
nhiệm vụ xử lý vật nổ và phòng chống khủng bố. Qua khảo sát và tìm hiểu thực tế tại đơn<br />
vị cho thấy các tài liệu hướng dẫn sửa chữa và sơ đồ nguyên lý hệ thống của Robot này<br />
còn rất nhiều hạn chế, chỉ đơn giản là các hướng dẫn vận hành Robot. Trong khi đó nhu<br />
cầu sử dụng Robot chuyên dụng xử lý vật liệu nổ Grizzly-1 phục vụ cho công tác huấn<br />
luyện, diễn tập, cứu hộ và sẵn sàng chiến đấu của Bộ Tư lệnh Công binh là rất cấp thiết.<br />
Ngoài ra trong Quân đội luôn có chủ trương sửa chữa các thiết bị theo hướng hiệu quả,<br />
hiện đại hóa và làm chủ khoa học công nghệ. Tuy nhiên hiện nay, chưa có công trình toàn<br />
diện hoặc đề tài nào nào có nghiên cứu cụ thể về Robot Grizzly-1.<br />
Theo đánh giá tổng quan, hiện nay trong nước các công trình nghiên cứu về Robot di<br />
động đã xuất hiện trong trường đại học, Viện nghiên cứu trong khoảng một thập niên gần<br />
đây. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã<br />
nghiên cứu bài toán tránh vật cản trên đường đi [1], bám đường [2], hay bài toán tính<br />
khoảng cách và hướng để điều khiển Robot tiếp cận mục tiêu [3]. Trên thế giới có nhiều<br />
nhóm nghiên cứu đã đạt được những thành tựu đáng kể về điều khiển Robot di động.<br />
Nhóm tác giả Widodo Budiharto, Ari Santoso, Djoko Purwanto, Achmad Jazidie của đại<br />
học BINUS và viện công nghệ Indonesia đã nghiên cứu hệ thống điều khiển chuyển động<br />
cho Robot dùng nhiều camera cùng với bộ lọc Kalman để loại bỏ nhiễu ảnh thu từ camera<br />
cho độ tin cậy cao. Robot dựa trên hệ thống này có tên là Srikandi III [4] cho tốc độ<br />
chuyển động nhanh, độ chính xác cao trong phòng thí nghiệm. Cũng dùng 2 camera tốc độ<br />
cao nhóm tác giả Masaaki Shibata, Hideki Eto, Masahide Ito ở phòng nghiên cứu trường<br />
đại học Seikei Nhật Bản đã phát triển hệ thống tìm đường đi cho Robot tốc độ cao [5].<br />
Trước tình hình đó, việc ứng dụng các công nghệ mới để nâng cấp, khôi phục đồng thời<br />
hiện đại hóa các chức năng hoạt động của Robot Grizzly-1 là rất cần thiết. Đây là một đề<br />
<br />
<br />
<br />
190 S. N. Dũng, P. H. Anh, “Một số giải pháp phục hồi và nâng cấp … cho robot Grizzly-1.”<br />
Thông tin khoa học công nghệ<br />
<br />
xuất cực kỳ hiệu quả với chi phí thấp. Ngoài ra, nghiên cứu này cũng làm tiền đề cho việc<br />
khôi phục, hiện đại hóa các trang thiết bị đặc chủng cùng loại đang được sử dụng trong<br />
Quân đội cũng như các trang thiết bị được đưa vào hoạt động sau này.<br />
2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT<br />
2.1. Khái quát chung về Robot Grizzly-1<br />
Robot Grizzly-1 là một loại Robot điều khiển từ xa bằng điện tử. Hình ảnh thực tế<br />
Robot Grizzly-1 tại đơn vị được thể hiện trên hình 1.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Hình 1. Robot Grizzly-1 thực tế tại đơn vị.<br />
Thiết bị Robot GRIZZLY-1 được chế tạo từ thép tấm dày 3 mm chất lượng cao, trang<br />
bị hai động cơ điện truyền động bằng dây xích đến ba bánh xe tại mỗi bên. Nguồn điện<br />
gồm hai bình acquy với dung lượng 60 Ah, nguồn điện cũng có thể được bổ sung trong<br />
quá trình sử dụng thông qua máy nổ điện chạy xăng, máy nổ có thể dễ dàng tháo lắp trên<br />
xe.Một số thông số kỹ thuật cơ bản của Robot Grizzly-1 được nêu lên trong bảng 1.<br />
Bảng 1. Thông số kỹ thuật Robot Grizzly-1 của nhà sản xuất.<br />
Kích thước (Dài x Rộng x Cao) mm<br />
Kích thước vận tải<br />
1500 x 680 x 900 mm<br />
1 (Tối thiểu, chiều dài L1)<br />
Khi cánh tay dang rộng<br />
3100 x 680 x 1400 mm<br />
(Tối đa, chiều dài L2)<br />
Tải trọng tối đa của kẹp gắp<br />
2<br />
Bên trên 20kg<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 58, 12 - 2018 191<br />
Thông tin khoa học công nghệ<br />
<br />
Bên dưới 60kg<br />
Độ mở tối đa của kẹp gắp<br />
3<br />
Bên trên 400 mm<br />
Bên dưới 700 mm<br />
4 Độ dài mở rộng tối đa của cánh tay 400 mm<br />
5 Trọng lượng 350 kg (không có máy phát điện)<br />
Thời gian hoạt động (không có máy phát<br />
6 1 giờ<br />
điện)<br />
7 Tốc độ tối đa 3 km/h<br />
8 Tần số truyền thông 433 Mhz<br />
9 Tần số truyền video 1.2 Gh<br />
<br />
Cấu tạo chung của Robot GRIZZLY-1 có thể phân chia thành bốn phần chính, bao<br />
gồm: hệ thống cơ học, hệ thống điều khiển, hệ thống truyền thông và hệ thống nguồn.<br />
Hệ thống cơ học bao gồm: Thân máy chính, các cánh tay thao tác của Robot các mô<br />
tơ, hệ thống bánh răng dây xích, mâm (đế xoay), các xi lanh thủy lực, các khớp xoay và<br />
kẹp gắp.<br />
Hệ thống điều khiển bao gồm: Hộp cấu kiện điện tử, bộ điều khiển và tay cầm điều<br />
khiển.<br />
Hệ thống truyền thông bao gồm: Hệ thống thu/phát tín hiệu điều khiển, phần mềm vi<br />
xử lý, bộ xuất nhập và hệ thống video.<br />
Hệ thống nguồn gồm: Máy nổ, hai bình acquy và bộ sạc bình acquy.<br />
Sau đây ta sẽ khảo sát đánh giá kỹ hệ thống động lực của Robot và nghiên cứu, đề<br />
xuất, thực hiện các biện pháp nâng cấp, khôi phục hệ thống động lực cho Robot Grizzly-1.<br />
2.2. Khảo sát đánh giá hệ thống động lực của Robot Grizzly-1<br />
Hệ thống động lực học của Robot bao gồm 3 động cơ chính và các động cơ phụ trong<br />
các xi lanh kéo đẩy bằng động cơ điện, một mâm đế xoay cánh tay trên, năm bộ xi lanh<br />
thủy lực và 2 tay kẹp gắp.<br />
a) Tình trạng của hệ thống động lực<br />
Chức năng truyền động và điều khiển được thực hiện thông qua các mô tơ điện giúp<br />
truyền lực qua dây xích và ròng rọc, hai mô tơ chính hoạt động độc lập với nhau tương<br />
ứng với các bánh bên trái và bên phải và một mô tơ điều khiển hoạt động của cánh tay<br />
trên xoay quanh trục thẳng đứng của Robot. Cả hai mô tơ chính đều hoạt động yếu hơn<br />
so với công suất danh định. Khi tiến hành vượt vật cản, leo cầu thang thì Robot không<br />
vượt qua được mà chỉ tiến được một đoạn rồi sảy ra tình trạng bị mất điều khiển động cơ<br />
robot đứng im tại chỗ không thể tiến lùi hoặc quay.<br />
Các cơ cấu cánh tay hoạt động chậm chạm, đáp ứng chậm so với các lệnh điều khiển,<br />
không thể tăng tốc độ kéo dài và thu ngắn cánh tay theo thông số kỹ thuật. Đặc biệt các xi<br />
lanh bị ôxi hóa không thể co lại hết cỡ nên không thể nâng ruỗi cánh tay trong giới hạn<br />
cho phép theo yêu cầu kỹ thuật. Các động cơ trong các xi lanh khô dầu, hoạt động không<br />
trơn tru.<br />
b) Nguyên nhân<br />
Theo đánh giá khảo sát thì các động cơ chính đã bị thay thế sữa chữa không đúng động<br />
cơ nguyên bản của Robot. Các động cơ bị yếu không đủ công suất cho Robot hoạt động.<br />
<br />
<br />
192 S. N. Dũng, P. H. Anh, “Một số giải pháp phục hồi và nâng cấp … cho robot Grizzly-1.”<br />
Thông tin khoa học công nghệ<br />
<br />
Các động cơ yếu nên khi chuyển động vượt vật cản hoặc leo cầu thang sẽ sảy ra tình trạng<br />
quá tải và tự ngắt điều khiển nên không thể tiếp tục điều khiển các động cơ. Hơn nữa cơ<br />
cấu cơ khí lắp ráp các động cơ cũng có phần làm yếu đi lực truyền của hai động cơ, hai<br />
động cơ chính không đấu nối trực tiếp với các bộ giảm tốc mà được cố định vào một giá<br />
đỡ được chế bản.<br />
2.3. Xây dựng các giải pháp phục hồi và nâng cấp hệ thống động lực cho Robot<br />
Grizzly-1<br />
Mọi hoạt động của Robot đều thông qua các động cơ và các cánh tay sử dụng các xi<br />
lanh kéo đẩy bằng động cơ điện. Từ đó nhóm tác giả đã đưa ra các giải pháp nâng cấp khôi<br />
phục như sau:<br />
- Thứ nhất: đối với vấn đề đông cơ yếu không đủ công suất, giải pháp khắc phục tối ưu<br />
nhất là thay mới các động cơ phù hợp đảm bảo cho Robot hoạt động.<br />
- Thứ hai: đôi với vấn đề động cơ yếu và trễ khi nhận lệnh điều khiển do cơ cấu lắp<br />
ráp thì tác giả nghiên cứu đề xuất giải pháp thiết kế lại cơ cấu cơ khí đề lắp trực tiếp các<br />
động cơ vào các bộp giảm tốc không thông qua hệ thống bánh răng dây xích.<br />
- Thứ ba: đối với các xi lanh không thể co duỗi nâng hạ hết cỡ thì cần tháo ra, sữa<br />
chữa bảo dưỡng hoặc thay thế.<br />
3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM<br />
Sau khi hoàn thành quá trình khôi phục nâng cấp, Robot Grizzly đã được vận hành thử<br />
nghiệm để kiểm tra các tính năng kỹ chiến thuật. Do điều kiện địa hình thực tế tại đơn vị<br />
nên chưa thể khai thác hết tối đa các tính năng kỹ thuật của Robot mà chỉ kiểm tra một số<br />
tính năng cụ thể như sau:<br />
3.1. Đo kiểm tra cự ly điều khiển và thời gian hoạt động<br />
Tiến hành điều khiển, vận hành Robot tiến lùi, co duỗi các cánh tay, gắp các vật<br />
nặng. Sau hơn một giờ vận hành liên tục thì Robot vẫn nhận lệnh điều khiển và hoạt<br />
động tốt ở cự ly điều khiển 20-25 m.<br />
3.2. Đo kiểm tra tốc độ tối đa của Robot<br />
Sử dụng máy đo vận tốc đặt trên Robot, điều khiển cho Robot di chuyển trên đường<br />
bằng với tốc độ tăng dần. Máy đo vận tốc sẽ lưu lại tốc độ tối đa của Robot và kết quả ta<br />
đo được vận tốc Robot thực tế là 3,0 km/h.<br />
3.3. Đo kiểm tra tần số truyền thông và truyền video<br />
Sử dụng máy phân tích phổ, vận hành điều khiển Robot để kiểm tra tần số truyền<br />
thông giữa Robot với bộ điều khiển từ xa, kích hoạt điều khiển các camera để kiểm tra tần<br />
số truyền video. Kết quả kiểm tra thu được tần số truyền thông của Robot là 433Mhz, còn<br />
tần số truyền video là 1,2Ghz.<br />
3.4. Đo kiểm tra trọng lượng tải của bộ kẹp Robot<br />
Điều khiển cho Robot kẹp gắp và nâng lần lượt các vật nặng. Kết qua thu được là<br />
Robot có thể kẹp gắp và nâng được tốt các vật nặng có trọng lần lượt 5kg, 10kg và 20kg.<br />
4. KẾT LUẬN<br />
Sản phẩm nâng cấp, phục hồi các hệ thống động lực cho Robot Grizzly-1 đã được<br />
nghiên cứu, áp dụng các công nghệ mới đã được thử nghiệm thực tế tại đơn vị. Các kết<br />
quả đo đạc, thử nghiệm cho thấy sản phẩm của đề tài đã cơ bản đáp ứng tốt các yêu cầu về<br />
tính năng, chỉ tiêu kỹ thuật đề ra. Sản phẩm là tiền đề quan trọng trong việc nghiên cứu,<br />
thiết kế, chế tạo các Robot chuyên dụng phục vụ công tác huấn luyện và triển khai cứu hộ<br />
cứu nạn, chống khủng bố. Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc chế tạo các Robot chuyên<br />
dụng có các tính năng tương đương và cao hơn Robot Grizzly-1 trong thực tế là hoàn toàn<br />
<br />
<br />
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 58, 12 - 2018 193<br />
Thông tin khoa học công nghệ<br />
<br />
khả thi khi có điều kiện nghiên cứu thêm về các phầm mềm điều khiển ngoài các hệ thống<br />
động lực của Robot, đồng thời kết hợp nghiên cứu, phát triển sâu hơn về các cơ cấu cơ khí.<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
[1]. Từ Diệp Công Thành, Phan Minh Trường, Phan Minh Thành: “Điều khiển rô bốt tự<br />
hành tránh vật cản sử dụng bánh dẫn hướng Ommi” - Tuyển tập hội nghị toàn quốc<br />
lần thứ 4 về Cơ điện tử, năm 2008.<br />
[2]. Võ Trung Thư, Nguyễn Anh Duy: “Ứng dụng điều khiển mờ cho bài toán bám đường<br />
của rô bốt di động bằng bánh lăn”, Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần thứ 4 về Cơ<br />
điện tử, năm 2008.<br />
[3]. Phạm Đức Long, Phạm Thượng Cát: “Xử lý ảnh để xác định hướng và khoảng cách<br />
giữa giá đỡ và xe nâng hàng tự động”, Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động<br />
hoá, năm 2011.<br />
[4]. Widodo Budiharto, Ari Santoso, Djoko Purwanto, Achmad Jazidie: “A Navigation<br />
System for Service Robot using Stereo Vision and Kalman Filtering” - International<br />
Conference on Control, Automation and Systems, 2011.<br />
[5]. Masaaki Shibata, Hideki Eto, Masahide Ito: “Visual tracking control for stereo vision<br />
robot with high gain controller and high speed cameras” - International Symposium<br />
on Access Spaces, 2011.<br />
ABSTRACT<br />
SOME REHIBILITATING SOLUTIONS AND UPGRADES<br />
POWER SYSTEM FOR ROBOT GRIZZLY-1<br />
Grizzly-1 is a US-made Explosive Ordnance Disposal Robot specialized for<br />
military training, rehearsal and practical deployment. This vehicle is very<br />
expensive; hence, it is very difficult to buy a new one under limited budget. Grizzly-<br />
1 robot has been in use for many years and has been repaired many times but so far<br />
the status quo of technical features have not been significantly maintained or<br />
improved. In this work, the study team has proposed several application of modern<br />
technologies to upgrade and restore important features of Grizzly-1 Robot. After the<br />
work, Grizzly-1 Robot can achieve over 90% of performance in which important<br />
technical features have been restored and upgraded.<br />
Keywords: Robot; Grizzly-1; Dynamics.<br />
<br />
Nhận bài ngày 29 tháng 11 năm 2018<br />
Hoàn thiện ngày 10 tháng 12 năm 2018<br />
Chấp nhận đăng ngày 11 tháng 12 năm 2018<br />
<br />
Địa chỉ: 1 Cục Kỹ thuật, Bộ tư lệnh Công binh;<br />
2<br />
Viện Điện tử - Viện KH&CN quân sự.<br />
*<br />
Email: sangocdung@gmail.com.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
194 S. N. Dũng, P. H. Anh, “Một số giải pháp phục hồi và nâng cấp … cho robot Grizzly-1.”<br />